铁合金冶炼过程能耗检测系统的实现_张瑜.pdf

95科学技术Science and technology铁合金冶炼过程能耗检测系统的实现张瑜摘要：铁合金企业的主要竞争力主要是在对产品的生产成本的控制方面上，作为一个好能耗的产业其控制生产成本是提高企业利润和社会竞争力，推动企业发展的重要手段。能耗是成本中可控的部分，降低能耗的水平一定程度上能够节约成本，所以对铁合金冶炼过程中能耗问题的研究有助于控制企业成本中的能耗问题，从而达到降低企业成本，增强企业竞争力。传统的铁合金冶炼过程中能耗的记录通常是人工抄表记录，会出现误差大，对非正常耗能无法记录分析，也无法将其从正常耗能中剥离出来，会导致能耗忽高忽低，数据不准确问题。所以，要解决铁合金企业的高能耗问题，其主要是要从两个方面考虑：第一企业要认识到对冶炼过程中能源信息管理水平的提高，增强企业对能耗记录分析更趋于科学性和合理化；第二个是要依托于先进的信息技术发展和社会需求及时的对生产手段与时俱进。本文以下通过对铁合金冶炼过程能耗监测系统的实现问题以及设计研发和目的等多方面展开分析，其主要目的是提高铁合金冶炼企业的工作效率和企业竞争力水平，推动社会现代化的发展。关键词：铁合金冶炼；能源消耗检测系统铁合金广义的铁合金是指炼钢时作为脱氧剂、元素添加剂等加入铁水中使钢具备某种特性或达到某种要求的一种产品。铁合金一般可作为脱氧剂，在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可除钢中的其他杂质如硫、氮等，增加材料坚韧度，多用于钢铁行业。本文主要以矿热炉冶炼铁合金的方法以及所用的碳质还原剂进行探讨，其主要目的是降低冶炼中的损耗，增加产能，达到利益最大化。从理论上说，如果铁合金中含有碳且碳含量小于2.11%，那么这样的铁合金就称为“钢”。如果铁合金中含有碳且碳含量大于2.11%（小于6.69%），那么这样的铁合金就称为“铸铁”。如果铁合金中不含碳，那就是纯粹意义上的铁合金，而不是钢，也不是铸铁。铁合金的冶炼是需要根据品种和质量进行不同的方法冶炼，现在有的方法主要有：高炉碳还原法、电炉碳还原法、金属热还原法、电解法；并且可以用脱硅精炼、吹氧、真空固态脱碳等方法进行铁合金的精炼。尤其是某些合金元素在矿石中含量很低，所以要先进行富集（选矿和湿法冶金或火法冶金处理），再进行提取纯净的氧化物或其他中间产品，之后才能开始冶炼。铁合金行业是我国冶金工业的重要组成部分。铁合金消耗的主要能源为电力、焦炭，铁合金行业总体能耗量较大、企业间能效水平差距较大。1 研究意义铁合金的冶炼方法由很多种，例如有：碳还原法（高炉、电炉）、金属热还原法和电解法；选择的冶炼方法需要根据产品品种和质量要求采用不同的冶炼方法。同时需要先进行富集（选矿和湿法冶金或火法冶金），是因为合金元素在矿石中含量很低，需要先进行提纯才能进行冶炼。铁合金在工业化、社会现代化进程中具有十分重要的意义。我国冶炼铁合金的锰矿资源是十分有限的，通过对铁合金冶炼过程能耗检测系统的实现，能够实现企业生产过程中对能源数据的准确的采集、计量和统计，从而摆脱传统的能源消耗只能通过人工记录，只能获取某一阶段的信息数据的弊端，同时降低铁合金生产过程中的水、电、气的能源消耗水平。通过设计开发铁合金生产工艺设备的的能源消耗记录仪表，改造原有的老式的仪表（RS485通讯能力），从而帮助企业建立科学合理的节能流程，通过对能源数据的采集、诊断、分析和实施的有效管理，科学准确计量数据指导生产能源的利用，帮助企业达到节能降消耗的目的，促进企业的平稳发展。1.1铁合金的性质铁合金的主体元素一般熔点较高，氧化物难于还原，难于炼出纯金属，若与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼中使用铁合金，其中含铁非但无害，而因为易熔于钢水反有利。因此，炼钢生产过程中的脱氧和添加合金，大多以铁合金的形式加入。铁合金一般很脆，不能作为金属材料使用。广义的铁合金是指炼钢时作为脱氧剂、元素添加剂等加入铁水中使钢具备某种特性或达到某种要求的一种产品。铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合金），都称为“铁合金”。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。铁合金一般用作：脱氧剂：在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。合金添加剂：按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。孕育剂：在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。96科学技术Science and technology基本用途：铁合金一般用作：（1）脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。（2）合金添加剂。按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。（3）孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。此外，还用作以金属热还原法生产其他铁合金和有色金属的还原剂；有色合金的合金添加剂；还少量用于化学工业和其他工业。铁合金作为炼钢脱氧剂，应用最广泛的是锰铁和硅铁。强烈的脱氧剂为铝（铝铁）、硅钙、硅锆等（见钢的脱氧反应）。用作合金添加剂的常用品种有：锰铁、铬铁、硅铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、镍铁、铌（钽）铁、稀土铁合金、硼铁、磷铁等。各种铁合金又根据炼钢需要，按合金元素含量或含碳高低规定许多等级，并严格限定杂质含量。含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金，使用这类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素，对炼钢工艺有利，且能较经济合理地综合利用共生矿石资源。常用的有：锰硅、硅钙、硅锆、硅锰铝、硅锰钙和稀土硅铁硅铁、锰铁、硅锰、铬铁、钨铁、钒铁、镍铁、钼铁、钛铁、稀土镁硅、稀土硅铁、硅钙合金、硅钡合金、硅铝合金、钽铌、磷铁、硼铁等等。冶炼过程中产生的污染问题：铁合金生产的主要污染物有烟尘、废渣、废水，对环境影响最大的是烟尘。根据规定，废气可分为含颗粒物废气和含气态污染物废气两大类。铁合金厂废气来源于矿热电炉、精炼电炉、焙烧回转窑、多层机械焙烧炉和铝金属法熔炼炉。铁合金厂废气的排放量大，含尘浓度高，废气中90%是二氧化硅，还含有氯气、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫等。废渣、废水里是铬化合物的污染最为严重。1.2目前我国铁合金企业需要优化的方面：（1）我国的铁合金冶炼企业良莠不齐。随着我国工业化社会化的大步向前，铁合金的作用越发重要，相关企业如雨后春笋逐渐增多。因为其铁合金原材料的地域限制、冶炼的设备限制、社会政策等等原因，导致企业分布不均匀，发展因技术能力、人才、设备（矿热炉的数量）、科技化、等因素呈现出畸重畸轻的不健康发展局面。（2）我国铁合金行业呈现能耗、物耗偏的情况，并且生产率偏低。铁合金冶炼过程是一个导致能耗、物耗会严重损失的过程。应一方面受气社会发展的需要和铁合金原材料的相对匮乏等局面，高物耗和高能耗一定程度上是钢铁企业发展过程中需要面对和解决的刻不容缓的问题。（3）我国铁合金的设备相对比较落后，设备的自动化程度不适合现在的设备发展要求，一定程度上影响了冶炼的生产率，不太适应行业的发展速度和工业化进程的要求。同时铁合金需要的产能较大，但是我国产业相对比较分散。2 研究内容以及实施2.1系统能耗的研究对于系统能耗的研究首先要要明确能耗问题的原因和特性，根据能源损耗的方向收集相关数据建立分析模型、运用数学统计等手段进行精准的科学的的分析预测。坚定首要任务：其各个环节系统能耗中单位能耗之间的联系分析研究。2.1.1对铁合金冶炼过程的研究铁合金是指炼钢时作为脱氧剂、元素添加剂等加入铁水中使钢具备某种特性或达到某种要求的一种产品。铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。其主要应用于：普通的合金板材、航空、机械、电子材料等方向。因此，铁合金对工业化社会的建设具有良好的推动作用。目前铁合金冶炼方式的分类主要有两个方面：一是按照使用设备进行分类（高炉法、矿热炉法、电弧炉法、炉外法、真空法和氧气转炉法等）；二是根据热量来源不同分类（碳热法、电热法、电硅热法和金属热法等）。都是以现有的生产设备为主要研究对象。铁合金在生产过程中最基本的是提取矿石或者氢化物里的合金元素，其提取的理论上的手段有：热分解、还原剂还原和电解等方式，但现在的冶炼企业通常是用还原剂还原的方法进行。根据应用的方向、依托于总线、自动化仪表、相关数据库、现代网络传输技术、PLC等，设计出了一款依托于先进的科技手段和时代要求以及对冶炼过程分析探究后的对过程中能耗的检测系统的设想实现的相关理论结构描述。首先要对铁合金冶炼生产的现场能源动力介质（机械检测点共计为43点，如：电炉循环水用量、高压氧枪用水量等，电气检测点共计21点，如：电炉、炉风机等）进行实时数据的采集、传输与处理，以构建监测平台对铁合金声场过程能耗数据进行实时记录。2.1.2对能耗监测系统的组成设备能耗监测系统由主站、终端、配料系统、冶炼手段设备选择、信息传送基站、对冶炼过程设备控制检测设备、工业的以太网等组成多个设备共同组成。主站是PLC系统，主要由电源、CPU中央处理器、信息传输和运行模拟、通信等几方面构成并且归置在主控室中。其次各主站之间进行信息数据的传输交换是通过其中的工业网络和通信来完成的。同时在监测系统设置中，需要设置多个连接点以保证分散的测量点能能够环环相扣完美运行。97科学技术Science and technology配料系统的作用是在环形给料车在接收到PLC传输的加料信息后能够通过称重配比、远程信息接收后运用动力和继电直接相互配合后完成自动配料的行为。电炉系统的作用实在检测到PLC远程信息后对冷却水流量、需要的温度，当前压力数据记录等一系列过程的操作实现。2.2监测系统组成探究（1）用Realinfo实现对监控软件的编程，以此来解决系统监测点多，设计复杂等问题，通过对现场PLC控制器来取得的数据信息，然后进行处理，达到监测设备数据，查看趋势曲线历史数据的工作要求。同时能够通过设备驱动程序将控制数据传送给现场硬件设备从而实现远程操控，并且能够调整控制相关的参数信息。（2）关于数据库的构建。整个监测系统的核心是数据库系统。采用Oracle数据库系统，简化计算工作程序，方便快捷，一定程度上提高了数据的查询速度。2.3实现系统功能（1）实现数据采集传输的功能。将PROFIBUSDP现场总线或无线通信等与现场计量仪表相结合从而实现数据的传输工作。工作人员只需要定期的采集计量点的数据及相应状态信息通过无线网传输到总站数据库当中，就能够实现数据的储存。（2）对能耗数据的相关监控工作。主要是依托Realinfo的人机交互进行相关工作，实现数据图形或者报表化，并且能够使人工能够实时监视设备运行状态和能耗，达到远程抄送，实时监测，及时发现故障并且记录处理，提高工作效率，降低工作错误率等。（3）对能耗数据处理的情况。对Realinfo传输的数据统一存储到Oracle数据库中，然后用合适的编程软件进行相关的处理和分析工作，以实现对不同时段、类别、区域的能耗数据的统和科学分析计，形成相关的报表能源监测系统的重要功能之一就是对铁合金冶炼过程的能耗分析工作。其核心是基于数据库的数据信息分析系统、建立数学模型来分析相关的能源数据信息来实现的。（4）数据查询及报表工作分析。以Realinfo组态软件中数据库为主要运行核心，来进行相关的工作。与传统的铁合金冶炼能耗监测方法相比，以上这种能耗监测系统检测的更较准确、性能比人工抄送可靠、使用方便快捷、大大的节省了企业劳动力，根据投入市场使用后的调查得知，目前使用效果良好，可以进步根据企业需求改进能源系统的运行管理水平，完善能源生产和使用的评价体制，达到提高劳动生产率，减少能源消耗，改善冶炼的环境质量等优势。最后，控制能源消耗并不是一个简单的概念，许多国家都曾提出过控制能源消耗的方案，但是大部分国家都会以经济建设为主，反而没能达到控制能量消耗的结果。我国已经制定出非常严格的能耗双控政策，多个企业也会受到一定的影响，尤其是铁合金行业。当各个行业中的能源消耗量控制在最低水平时，我国的能源消耗量才能够维持在最低水平。相关部门已经制定了能源消耗的指标，能耗双控政策下的铝合金行业会受到很大的影响，尤其是铁合金的产量和铁合金的价格。第一个影响：各大工厂中的铁合金制造数量有所下降。人们在制作合金材料过程中，大部分工厂都会利用高度发达的合金制作设备，从而利用更高的核心技术，从而完成铁合金的制作过程。然而，设备在运行的过程中会产生大量的能量消耗，再加上部分工厂并没有全部的使用铁，从很大程度上形成了非常严重的浪费现象。大工厂会受到能源消耗双控措施的影响，他们会逐步降低铁合金的产量，从而导致市场中的铁合金数量越来越少，铁合金市场出现巨大的空缺。第二个影响：铁合金的价格越来越高。当市场中的产品生产量和产品的需求量呈现出最大的缺口时，任何一个国家的商品价格都会出现明显的上升。我们来举一个简单的例子，比如大部分城市中的樱桃售价维持在100块钱左右，然而，市场中出现了大量的樱桃。市场供应关系发生了紊乱，樱桃的价格下降了3/4。铁合金市场和樱桃价格的变化拥有着异曲同工之妙，铁合金工厂无法生产出大量的铁合金，市场中的对铁合金的需求量越来越高，从而导致铁合金价格越来越高。总的来说，控制能源消耗并不意味着工厂无法正常生产，只不过大部分工厂需要调整工业生产的速度和效率，从而保证工厂中产生的能源消耗符合国家制定的各项标准。除此之外，铁合金工厂需要使用大量的资源和能量，这就会使得工厂在能源消耗方面占据着很大的比例。铁合金工厂无法正常生产出大量的产品，订单量有所下降，市场中的铁合金价格越来越高。不过每一个人都应该适度消费，保证个人拥有着完美的积蓄。3 总结随着经济全球一体化的进程的加快，我国经济不断发展进步，工业化和社会现代化程度的加深，铁合金的应用越来越广泛且不可或缺。铁合金是我国目前最主要的能源消耗体，又加上其自资源的短缺，冶炼过程中的能耗问题也是相关企业和社会不断关注的重点问题，在冶炼过程中所需的能源包括其原料、水、电、气和蒸汽，这些是可以被检测和控制的，能耗直接对企业的竞争力产生影响，科学的检测铁合金冶炼过程中的能耗问题，不仅能游使得资源利用最大效益化，也能够提高企业核心竞争力，推动我国社会化进程发展。（作者单位：贵州正业工程技术投资有限公司）